人類對大氣壓的認(rèn)識和研究，經(jīng)歷了漫長的探索過程，直到托里拆利實(shí)驗(yàn)和馬德堡半球?qū)嶒?yàn)，人類才真正揭開大氣壓的神秘面紗。

自然厭惡真空

在亞里士多德時(shí)代及其以后相當(dāng)長一個(gè)時(shí)期，對于今天看來與大氣壓有關(guān)的現(xiàn)象，當(dāng)時(shí)人們的解釋就是亞里士多德的觀點(diǎn)──“自然厭惡真空”。按照這一觀點(diǎn)，當(dāng)某自然界的某處出現(xiàn)真空時(shí)，由于自然厭惡真空，不允許真空出現(xiàn)，就會及時(shí)用物質(zhì)將出現(xiàn)的真空填滿。

在亞里士多德的自然哲學(xué)中，真空，即沒有任何物質(zhì)的空間是不可思議的，在亞里士多德的《物理學(xué)》中，亞里士多德對虛空的不存在作過系統(tǒng)的論證。因此，沿襲了亞里士多德這一觀點(diǎn)的中世紀(jì)后期學(xué)術(shù)界，一直流傳著“自然界厭惡真空”的說法，直到伽利略時(shí)代。

伽利略的研究與托里拆利實(shí)驗(yàn)

意大利物理學(xué)家托里拆利是伽利略的學(xué)生和助手，是他首次用實(shí)驗(yàn)測出了大氣壓的數(shù)值。

托里拆利1608年生于意大利的一個(gè)貴族家庭，青年時(shí)代深受伽利略的影響，傾心于科學(xué)研究。伽利略在軟禁時(shí)期讀了托里拆利寫的一本關(guān)于力學(xué)的書，對他十分欣賞，邀請他到佛羅倫薩來。托里拆利愉快接受了伽利略的邀請，來到伽利略的身邊，參與伽利略的科學(xué)研究，陪伴著貧病交加的伽利略，知道伽利略去世，托里拆利一直待在老師的身邊。伽利略去世后，托里拆利接替了老師的宮廷數(shù)學(xué)家職位。

在伽利略時(shí)代，由于生產(chǎn)的發(fā)展，水泵的使用已很普遍，但人們發(fā)現(xiàn)水泵的抽水高度卻有限。按照亞里士多德派的觀點(diǎn)，水之所以能往上抽是因?yàn)樽匀唤绮辉试S真空出現(xiàn)，活塞向上抽動所留下的空隙必須馬上被水所充滿。這種解釋看起來還說得通，但深究起來就有這樣的問題：是否可以將水無限提升？事實(shí)上，當(dāng)時(shí)人們已經(jīng)知道，水只能被抽升到約33約10m高。伽利略聽到這個(gè)消息之后十分驚訝，據(jù)此他猜想對自然對真空的“排斥力”并不是無限的而是有限的，并且應(yīng)該可以測量出來。當(dāng)時(shí)，伽利略本人已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)知道空氣有重量，而且他也提出過可以由水柱的高度來標(biāo)度對真空的“排斥力”，但他沒有認(rèn)識到這兩者之間的關(guān)系，他把這個(gè)課題留給了他的學(xué)生托里拆利。

伽利略去世后一年后的1643年，托里拆利與伽利略的另一個(gè)更年輕的學(xué)生維維安尼一起在佛羅倫薩做了著名的“托里拆利實(shí)驗(yàn)”，終于完成了老師的課題。托里拆利在一根約1.2m長、一端封閉的玻璃管內(nèi)注滿水銀，用手堵住開口的一端將管子倒立著放入水銀盤中，松開手水銀果然向下流，但是當(dāng)流到水銀柱高約30英寸（760毫米）時(shí)，水銀不再下流了。托里拆利意識到，所謂“排斥”真空的力不是別的，正是空氣的重量，由于空氣的重量是有限的，所以能支撐的水銀柱高也是有限的，而倒立著的管子里被水銀空出來的那一段就是真空。托里拆利還注意到水銀柱高每天略有變化，他正確地解釋說，那是因?yàn)槊咳湛諝庵亓柯杂凶兓?。這實(shí)際上使這根水銀柱成了第一個(gè)氣壓計(jì)。

馬德堡半球?qū)嶒?yàn)

托里拆利實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了大氣壓的存在，并測出了大氣壓的數(shù)值，但向公眾宣傳普及大氣壓知識的卻是德國的一位學(xué)者──奧托·格里克。他在擔(dān)任德國馬德堡市市長期間，曾主持了一場旨在證實(shí)大氣壓存在的科普公益活動，這一活動被后世稱為“馬德堡半球?qū)嶒?yàn)”。

奧托·格里克是個(gè)博學(xué)多才的軍人，從小就喜歡聽聽伽利略的故事。他愛好讀書，愛好科學(xué)，畢業(yè)于萊比錫大學(xué)，1621年又到耶拿大學(xué)攻讀法律。1623年，再到萊頓大學(xué)鉆研數(shù)學(xué)和力學(xué)。他讀了三所大學(xué)，知識面很廣，上知天文，下識地理，對數(shù)理、法律、哲學(xué)工程等，都有很高的造詣。1631年入伍，在軍隊(duì)中擔(dān)任軍械工程師，工作很出色。后來，投身政界，1646年當(dāng)選為馬德堡市市長。無論在軍旅中，還是在市府內(nèi)，他都沒停止科學(xué)探索。

托里拆利實(shí)驗(yàn)11年后的1654年，奧托·格里克在德國馬德堡市作了著名的馬德堡半球?qū)嶒?yàn)，這讓人們對大氣壓有了深刻的認(rèn)識，但大氣壓到底有多大人們還沒有具體的印象。奧托·格里克，把兩個(gè)直徑30多厘米的空心銅半球緊貼在一起，用抽氣機(jī)抽出球內(nèi)的空氣，然后用兩隊(duì)馬向相反的方向拉兩個(gè)半球。“連16匹馬（拼命掙扎著）都不能把它們拉開，或者只有費(fèi)了很大的勁才能拉開它們，當(dāng)馬用盡了全力把兩個(gè)半球最后拉開的時(shí)候，還發(fā)出了很大的響聲，像放炮一樣，”市民們驚奇地問：“是什么力量把它們壓合得這么緊呢？”“沒有什么，是空氣。”市長這樣回答。而如果把銅半球上的閥門擰開，空氣經(jīng)閥門流進(jìn)球里，用手一拉球就開了。這就是著名的馬德堡半球?qū)嶒?yàn)。

奧托·格里克在科學(xué)上的貢獻(xiàn)，除馬德堡半球?qū)嶒?yàn)外，還發(fā)明了抽氣機(jī)，發(fā)現(xiàn)了液體的沸點(diǎn)與壓強(qiáng)的關(guān)系，推測并發(fā)現(xiàn)了大氣壓的數(shù)值與海拔高度及天氣變化的關(guān)系，據(jù)說他曾經(jīng)依據(jù)大氣壓的變化成功的預(yù)報(bào)過天氣的變化。